目前,鎂及鎂合金熔體的制備均采用氯鹽熔劑對熔體進行爐次式精煉、再轉(zhuǎn)移到氣體保護靜置爐的工藝模式。熔劑在高溫下易釋放腐蝕性氣體,污染環(huán)境,腐蝕車間建筑和設(shè)備,同時容易在熔體中產(chǎn)生夾雜,降低鎂合金的力學(xué)和抗蝕性能。隨著鎂產(chǎn)業(yè)的持續(xù)增長,該工藝存在的品質(zhì)、環(huán)保、能耗三大制約性問題也日趨突出。為了解決上述問題,業(yè)界一直在尋求鎂熔體的無熔劑精煉方法,即,在保護氣氛下,通過“氣體精煉+過濾+靜置”等物理方法綜合應(yīng)用,去除熔體污染物。但是,因熔體污染物間的巨大性狀差異和介質(zhì)過濾效能的維持及價格兩個瓶頸,最終制約了無熔劑精煉方法的成熟應(yīng)用。針對上述問題,本文提出了一套創(chuàng)新的研究方案,即:1、研發(fā)新型熔體過濾凈化方法及裝置,實現(xiàn)穩(wěn)定持續(xù)有效的過濾,并實現(xiàn)過濾介質(zhì)的重復(fù)使用;2、研究鎂熔體污染物性態(tài)差異和單元無熔劑凈化技術(shù),根據(jù)熔體連續(xù)凈化要求,合理配置單元技術(shù)、實現(xiàn)污染物的逐步去除,最終達成熔體連續(xù)精煉。3.設(shè)計和建造集成控制的無熔劑連續(xù)熔化精煉設(shè)備樣機,并用該樣機進行鎂熔體精煉的實驗生產(chǎn)并取樣備檢;4.合理應(yīng)用檢測手段,對試樣進行綜合實驗檢測分析,確定凈化效果。本研究取得如下成果。1.在工藝原理研究方面:針對過濾介質(zhì)堵塞和成本及排放難題,本研究基于“鎂熔體的氧化夾雜區(qū)域團聚和沉降”的發(fā)現(xiàn),提出了鋼質(zhì)過濾介質(zhì)逆向過濾方法,實現(xiàn)了鎂熔體的低成本持續(xù)穩(wěn)定過濾凈化。為實現(xiàn)熔煉的連續(xù)化,本研究針對鎂熔體污染物的性狀特征,研發(fā)了獨具特色、集“氣體保護、連續(xù)熔化、氣體攪拌精煉、慣性分離、自凈化過濾、自然沉降、凝析降鐵、定量澆注、鑄錠”等單元技術(shù)為一體的“鎂熔體無熔劑連續(xù)熔化精煉工藝”。2.在設(shè)備設(shè)計建造方面:根據(jù)研發(fā)的無熔劑熔煉工藝,設(shè)計和構(gòu)建了每小時熔煉能力為50公斤的原型設(shè)備。同時,開發(fā)“模糊控制+PID控制”相結(jié)合的工藝過程及工藝參數(shù)PLC集成控制系統(tǒng),實現(xiàn)了設(shè)備的連續(xù)自動運行。與現(xiàn)行爐次式熔劑熔鑄系統(tǒng)相比,除綠色環(huán)保連續(xù)自動外,設(shè)備集成度高而占地少、易操作、運行穩(wěn)定。3.在檢測分析方面:1)采用樣機對ZM6鎂合金進行的熔煉和精煉實驗,結(jié)果表明,所研發(fā)設(shè)備熔煉保護效果穩(wěn)定,熔體品質(zhì)不隨熔煉時間延長變差。精煉系統(tǒng)的除雜效能穩(wěn)定,且在考核范圍內(nèi)與精煉速率無關(guān)。2)采用無熔劑重熔精煉工藝生產(chǎn)鎂合金再生鑄錠時,冷室壓鑄塊狀廢鎂的收得率為93%~96%,熱室壓鑄塊狀廢鎂的收得率為88%~92%;廢鎂無熔劑再生錠的微觀組織中夾雜數(shù)量偏多但尺寸小,且沒有異常大尺寸夾雜。3)采用所研發(fā)設(shè)備以100%塊狀壓鑄廢鎂為原料進行廢鎂無熔劑回收。同商品鎂合金錠相比,回收錠在成分和雜質(zhì)元素含量方面,完全滿足相關(guān)國際、國內(nèi)鎂合金鑄錠標(biāo)準(zhǔn)的要求;回收錠在酸水溶液中腐蝕速率和總量更低,具有更優(yōu)異的耐蝕性能。4)除消除廢鎂長途運輸成本、廢鎂收集儲運潛在安全隱患、解除熔煉再生對人員控制的依賴外,噸廢鎂制備噸再生錠的成本為1400~3000元,和現(xiàn)行噸廢料換取噸鎂錠的5000~6000元加工費相比,技術(shù)經(jīng)濟效益顯著。
【學(xué)位單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG292
【部分圖文】：

圖 1.1 國內(nèi)普遍采用的“燃氣或感應(yīng)加熱熔劑精煉+氣體保護保溫靜置”重熔精煉設(shè)備Fig. 1.1 A scrap recycling technique featured by “induction melting with salt flux” followed by“l(fā)ow temperature holding under shielding gas” commonly used China如圖 1.1 所示，在硬件上，復(fù)合重熔精煉技術(shù)主要由兩部分構(gòu)成，一個是感應(yīng)或燃氣熔化熔劑精煉爐，一個靜置保溫澆注爐。在流程上，鎂合金爐料先在感應(yīng)或燃氣熔化熔劑精煉爐內(nèi)完成爐料的熔化、合金化和熔體復(fù)合精煉，然后通過定量泵或傾翻爐體的方式將熔體轉(zhuǎn)入靜置爐；進入靜置爐的熔體經(jīng)過一段時間的靜置保溫沉渣降鐵后澆注成鎂錠，完成重熔精煉過程。通常，精煉前期采用機械或氣體攪拌促進夾雜與熔劑充分反應(yīng)，在精煉后期需要對熔體進行較長時間的靜置。復(fù)合精煉法的優(yōu)點是熔煉過程可大大降低熔劑的使用量，但仍不能完全脫離熔劑的使用，另外鎂熔體的質(zhì)量也一定程度上依賴靜置的時間，增大了能耗。1.4.4 無熔劑精煉法無熔劑精煉法是一種在氣氛保護作用下，通過“惰性氣體+過濾+靜置”等綜合

圖 1.3 美國 DOW Chemical 開發(fā)的間歇式無熔劑廢鎂重熔精煉設(shè)備ig. 1.3 Fluxless discontinuous scrap recycling system developed by US Dow Chemi于環(huán)保壓力，為了提高廢鎂重熔精煉的生產(chǎn)能力、方便廢料安全管和公司開發(fā)了圖 1.4 所示的廢鎂現(xiàn)場連續(xù)重熔精煉爐。

圖 1.3 美國 DOW Chemical 開發(fā)的間歇式無熔劑廢鎂重熔精煉設(shè)備Fig. 1.3 Fluxless discontinuous scrap recycling system developed by US Dow Chemical由于環(huán)保壓力，為了提高廢鎂重熔精煉的生產(chǎn)能力、方便廢料安全管理，奧地利勞和公司開發(fā)了圖 1.4 所示的廢鎂現(xiàn)場連續(xù)重熔精煉爐。

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本文編號：2831894